熔断器原理及应用，熔断器的原理

熔断器实际上是短路保护器件的一种，广泛应用于配电系统和控制系统中，主要用于短路保护或严重过载保护。

保险丝是保护电气产品的一种简单而有效的方法。主要起到电路内部短路保护的作用。

熔断器主要由熔体和安装熔体的绝缘管（绝缘底座）组成。使用时，在保护电路中串接一个熔体，当电路发生短路故障时，熔体瞬间熔断，断开电路，起到保护作用。

常用保险丝

(1) 插入式保险丝

常用于电压等级低于380V的线路末端，如图1所示，作为配电支路或电气设备的短路保护。

图1 插入式保险丝

1-动触点2-熔化3-瓷嵌件4-静触点5-瓷片

(2)螺旋熔断器

如图2所示。熔体上端盖装有熔断指示器，当熔体熔化时指示器立即弹出，并可通过瓷盖的玻璃孔观察，常用于机床电气控制设备等。它是螺旋式保险丝。由于开断电流大，可用于电压等级500V以下、电流等级200A以下的电路中作短路保护。

图2 螺丝式熔断器

1 底座2 熔体3 瓷盖

(3) 熔断器闭合

如图3和图4所示，密封熔断器有两种类型：填充式熔断器和非填充式熔断器。填充式熔断器一般是在矩形瓷管内填充石英砂并熔化而成。具有较强的分断能力，用于电压等级500V以下、电流等级1KA以下的电路中。无填料气密式熔断器在密封筒体内填充熔融材料，分断能力稍低，用于500V、600A以下的电网和配电设备。

图3 无包装的密封管熔断器

1-铜环2-保险丝管3-管帽4-插座5-专用垫片6-熔体7-保险丝

(4)快速熔断器

主要用于半导体整流元件及整流器的短路保护。这是因为半导体元件的过载能力很低。短路保护需要能够快速断开，因为大的过载电流只能承受很短的时间。快断熔断器与填充密封熔断器的基本结构相同，但熔体材料和形状不同，它们是由银板冲制出具有深V形凹槽的变截面熔体。

(5) 自恢复保险丝

它采用金属钠作为熔体，在室温下具有高电导率。当电路发生短路故障时，短路电流产生高温，钠迅速蒸发，蒸发的钠变成高阻状态，限制了短路电流。当短路电流消失、温度下降时，金属钠又恢复原来良好的导电性能。自恢复保险丝只能限制短路电流，并不能真正断开电路。优点是熔体不需要更换，可以重复使用。

在工作期间，保险丝与其所保护的电路串联。如果电路发生短路或严重过载，保险丝上的熔断体会自动熔断，以保护电路。最常见的是保险丝。

环境设置

(1) 熔断器的额定电压必须与电机的工作电压相匹配。保险丝的工作电压与保险丝管的长度和绝缘强度有关。请勿在电压高于额定电压的电路中使用熔断器，或将大熔断器安装在小熔断管内。

(2)熔断器的额定电流必须大于或等于电机电路的长期最大工作电流。

(3)熔断器的极限开断电流必须大于流过的最大短路电流。用于中断故障电流时防止保险丝烧断。

(4)熔断器的额定电流必须根据以下三个条件选择：

按正常工况选择。

电机的启动电流达到（4~8）IeD，启动时间约为5~10秒。在这种情况下，保险丝不会损坏或熔断。

保险丝的具体特性应以制造商提供的曲线为依据，但测试表明，如果保险丝的额定电流约为最大直通电流的一半，则可以满足上述要求。

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【熔断】4类熔断知识素养

简单的系统保护：

最简单的电子电路保护形式是适当额定值的保险丝。在为您的应用开发正确的解决方案时，您可以从各种保险丝中进行选择，包括快熔保险丝、慢熔保险丝、多状态保险丝和智能保险丝。因为保险丝有很多不同类型，每种都有各自的问题。

顾名思义，快熔保险丝熔断速度很快，因此很有可能发生故障跳闸，从而导致产品召回。因此，如果选择此类保险丝，其额定值应小于50%。这意味着5A 导轨必须具有额定电流超过10A 的保险丝，以避免应用中出现错误故障。

慢熔保险丝需要更长的时间才能打开，但如果发生故障，仍然会跳闸。因此，我们建议在此也执行至少50% 的减少。

多状态熔断器具有独特的特性，即在错误被清除后能够以非常低的成本高效地恢复。每次跳跃后，下一个跳跃点的阈值都会降低。这意味着跳跃更有可能发生。因此，错误行程的可能性会随着时间的推移而增加。

智能保险丝或三端保险丝是一种可以根据命令或过电流熔断的设备。这些类型的保险丝不仅通常比上述解决方案昂贵得多，而且还需要将电源电压维持在一定的高水平才能真正熔断保险丝。否则，一旦发生故障，所有组件可能会变得非常热，并且可能无法安全关闭。

所有四种解决方案都有两个可能导致故障跳闸的主要问题。首先，它无法限制上电期间或断电后流入系统的浪涌电流。其次，所有这些都必须减少，以便有足够的电流流过系统的故障部分，导致故障电路更加升温并导致更严重的故障。例如，在额定电流为5A 的12V 系统中，您可能需要使用额定电流为10A 或更高的保险丝。如果发生短路且电源正常，则可以向故障电路输送高达120 W 的功率。

激增管理

大多数故障跳闸是由浪涌电流引起的。最大限度减少浪涌电流的一种低成本方法是使用P 沟道FET 以及少量电阻器和电容器来实现（图1）。

图1. 简单的浪涌管理解决方案

当然，一旦电路开始工作，就会有输入电压。因此，通常要等到从输入电源检测到良好的信号后再启动电路。图2 显示了使用窗口压缩机（compactor）来确保12V AC 适配器的电压在10.8 至13.2V 之间的示例实现。只要具有宽电源电压窗口的压缩机（例如TPS3700）可以识别适配器位于有效电压窗口内，它就可以启用通过Q1 的电源路径。

图2. 使用TPS3700 作为交流适配器检测器

虽然这可能适用于某些设计，但这些解决方案存在一些固有的问题。

根据负载电容的大小，两种选项都可能超出FET 的安全工作区(SOA)。

一旦启用，就无法限制负载电流。

如果负载短路，FET 很可能无法启动。由于这种情况可能发生在熔断器之前，因此最好的缓解方法是使用额定值远高于应用所需功耗的FET，这也是一种昂贵的解决方案。

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